Кіріспе
Тау жыныстарының құрамын есептеу Нормативтік минералогия - тау жыныстарының идеалды минералогиясын геохимиялық принциптерге сәйкес сандық химиялық талдау негізінде бағалау арқылы тау жыныстары үлгісінің құрамын есептеу. Нормативтік минералды есептеулерді CIPW нормасы немесе Барт Ниггли нормасы (осыны да катион нормасы деп атайды) арқылы жасауға болады. Нормативтік есептеулер кристалдалған балқыманың идеалды минералогиясын жасау үшін қолданылады. Алдымен тау жынысын химиялық талдау арқылы элементтік құрамдарын анықтайды. Химиялық талдау нәтижелері дәстүрлі түрде оксидтер ретінде көрсетіледі (мысалы, Mg массалық пайызы MgO массалық пайызы ретінде көрсетіледі). Мұнда тау жыныстарының нормативті минералогиясы минералдық түзілу реті туралы болжамдарға және тау жыныстары мен минералдардың белгілі фазалық қатынастарына негізделіп, және қарапайым минералдық формулаларды қолдану арқылы есептеледі. Есептелген минералогияны балқымалардың кремний толығуы сияқты ұғымдарды бағалау үшін пайдалануға болады. Нормативтік есептеу негізінен есептеу болғандықтан, оны компьютерлік бағдарламалар арқылы жүзеге асыруға болады.
Normative mineralogy is a calculation of the composition of a rock sample that estimates the idealised mineralogy of a rock based on a quantitative chemical analysis according to the principles of geochemistry. Normative mineral calculations can be achieved via either the CIPW Norm or the Barth Niggli Norm (also known as the Cation Norm). Normative calculations are used to produce an idealised mineralogy of a crystallized melt. First, a rock is chemically analysed to determine the elemental constituents. Results of the chemical analysis traditionally are expressed as oxides (e. g., weight percent Mg is expressed as weight percent MgO). The normative mineralogy of the rock then is calculated, based upon assumptions about the order of mineral formation and known phase relationships of rocks and minerals, and using simplified mineral formulas. The calculated mineralogy can be used to assess concepts such as silica saturation of melts. Because the normative calculation is essentially a computation, it can be achieved via computer programs.
CIPW нормасы
CIPW нормасы 1900-ші жылдардың басында әзірленді және оның негізін қалаушылар, петрологтар Чарльз Крос, Джозеф Иддингс, Луис Пирссон және геохимик Генри Вашингтонның есімімен аталды. CIPW нормативті минералогия есептеуі төменгі қысымда сусыз балқытудан тұншықтырылуы мүмкін типтік минералдарға негізделген және табиғатта кездесетін типтік магмалық геохимияны келесі төрт шектеумен оңайлатады: Магма сусыз жағдайда кристалданады, сондықтан сулы минералдар (горнбленда, биотит) пайда болмайды. Ферромагнездік минералдар А2O3 қоспасы жоқ деп есептеледі. Барлық ферромагнездік минералдар үшін Fe/Mg қатынасы бірдей деп есептеледі. Бірнеше минералдар үйлесімсіз деп есептеледі, сондықтан нефелин және/немесе оливин нормада кварцпен бірге ешқашан пайда болмайды. Бұл жасанды шектеулер жиынтығы, сондықтан CIPW нормасының нәтижелері табиғаттағы магмалық дифференциацияның шынайы барысын көрсетпейді. CIPW нормасын есептеудің негізгі пайдасы - афанитті немесе порфиритті магмалық жыныстың идеалды минералогиясы қандай екенін анықтау. Екіншісі, диагностикалық фельдспатоид түрлерінің жоқтығында тау жынысын құраған балқыманың кремний толысу дәрежесін бағалауға болады. Қаттастың кремниймен қанығу мөлшері кремний құрамына ғана емес, балқымадағы әр түрлі сілтілер мен металл түрлерінің үлесіне байланысты өзгереді. Кремний толығуының этектикалық жазықтығы тау жыныстарының әртүрлі топтарында әртүрлі болады және оны оңай бағалау мүмкін емес, сондықтан тау жынысы кремний толығуының бар-жоғын есептеу қажет. Бұл тау жынысы ішіндегі негізгі элементтердің катиондарын кремнездік аниондарға модальдық пропорцияда беру арқылы жүзеге асырылады, бұл апатит үшін фосфордан, галит үшін хлор мен натрийден, күкірт пен FeO-дан пиритке дейін, FeO және Cr2O3 хромит, FeO үшін бөлінген және ильменит үшін TiO2 тең молярлық мөлшері, кальцит үшін CaO және CO2 ең көп таралған силикат емес минералдарды аяқтау үшін. Қалған химиялық құрамдас бөліктерден Al2O3 және K2O ортоклаза үшін кремниймен бөлінеді; альбит үшін натрий, алюминий және калий және т.б. кремний қалдығы болмағанға дейін (бұл жағдайда фельдспатоидтар есептеледі) немесе артық болғанға дейін, бұл жағдайда тау жынысында нормативті кварц бар.
The magma crystallizes under anhydrous conditions so that no hydrous minerals (hornblende, biotite) are formed. The ferromagnesian minerals are assumed to be free of Al2O3. The Fe/Mg ratio for all ferromagnesian minerals is assumed to be the same. Several minerals are assumed to be incompatible, thus nepheline and/or olivine never appear with quartz in the norm. This is an artificial set of constraints, and therefore the results of the CIPW norm do not reflect the true course of igneous differentiation in nature. The primary benefit of calculating a CIPW norm is determining what the ideal mineralogy of an aphanitic or porphyritic igneous rock is. Secondly, the degree of silica saturation of the melt that formed the rock can be assessed in the absence of diagnostic feldspathoid species. The silica saturation of a rock varies not only with silica content but the proportion of the various alkalis and metal species within the melt. The silica saturation eutectic plane is thus different for various families of rocks and cannot be easily estimated, hence the requirement to calculate whether the rock is silica saturated or not. This is achieved by assigning cations of the major elements within the rock to silica anions in modal proportion, to form solid solution minerals in the idealised mineral assemblage starting with phosphorus for apatite, chlorine and sodium for halite, sulfur and FeO into pyrite, FeO and Cr2O3 is allocated for chromite, FeO and equal molar amount of TiO2 for ilmenite, CaO and CO2 for calcite, to complete the most common non silicate minerals. From the remaining chemical constituents, Al2O3 and K2O are allocated with silica for orthoclase; sodium, aluminium and potassium for albite, and so on until either there is no silica left (in which case feldspathoids are calculated) or excess, in which case the rock contains normative quartz.
Нормативтік және модальді минералогия
Нормативтік минералогия - тау жыныстарының минералогиясының бағасы. Ол әдетте визуалды байқалатын минералогиядан кем дегенде минералдық түрлердің түрлеріне қарағанда ерекшеленеді, әсіресе ферромагнезиялық минералдар мен фельдспаттар арасында, онда минералдардың көптеген қатты ерітінділер сериясы болуы мүмкін, немесе ұқсас Fe және Mg қатынастары бар минералдар, әсіресе сумен (мысалы, пироксенді алмастыратын амфибол және биотит). Алайда, афаниттерде немесе фенокристалдары бар тау жыныстарында жер массасымен тепе-теңдіктен анық шығады, тау жынысының эволюциясын және оның аймақтағы басқа магмалық тау жыныстарымен қарым-қатынасын түсіну үшін нормативті минералды есептеу көбінесе ең жақсы.
Сақтық шаралары
CIPW нормасы немесе катион нормасы кремний толығуын немесе толығуын бағалау үшін пайдалы құрал болып табылады; математикалық модельдегі минералдардың бағалауы көптеген болжамдарға негізделеді және нәтижелер бақылауға болатын минералогиямен теңдестірілуі керек. Төмендегі аймақтар есептеулерде ең көп қателерді жасайды; Толық тау жыныстары. Нормативтік минералды есептеу міндетті түрде кумулятивті тау жыныстары үшін жарамсыз болмаса да, жиналған ақпарат күмәнді құндылыққа ие, өйткені кумулятивті тау жынысы оны алған балқытуды білдірмейді. Егер құмтастың жер массасын талдау мүмкін болса, онда аталық балқыту туралы ақпаратты алу үшін нормативтік есептеуді қолдану жарамды. Окистену күйі. Нормативтік есептеу Fe-ді оксид фазалары мен силикат фазалары үшін қол жетімділікке бөлетіндіктен, Fe2 + / Fe3 + қатынасының бағалауына негізделген, аталған тау жынысы үшін қатынасты дұрыс есептемеу магнит немесе гематиттің қате мөлшерін немесе силикат минералогиясын өзгертуге әкелуі мүмкін. Егер үлгідегі Fe2+/Fe3+ қатынасы белгілі болса, алынған есептеу байқалған минералогияға жақын болуы керек. Қысым және температура. CIPW нормасы сусыз еріген және өте төмен қысымда кристалдануға негізделгендіктен, нәтижесінде нормативтік минералогия барлық тау жыныстары үшін, әсіресе мантияда қалыптасқан тау жыныстары үшін байқалатын минералогияны білдірмейді. Нормативтік минералогия жоғары қысымда қалыптасқан тау жыныстарының минералогиясын толықтай дәл көрсете алмайды, мысалы, флогопит амфиболдың орнын, амфибол оливиннің орнын және т.б. алады. Терең қабық пен мантияның ерекше қысым режимдерін дұрыс көрсететін өзгертілген нормативті есептеулер әзірленді. Көмірқышқыл газы. Көмірқышқыл газының силикат балқымаларына әсері өте аз, бірақ кейбір жағдайларда, әсіресе карбонатит, сонымен қатар кейбір лампрофирлік жыныстар, кимберлит және лампроит, балқыма немесе қосымша фазаларда көмірқышқыл газы мен кальциттің болуы нормативтік минералогияны қате шығарады. Бұл, егер көміртек талдамаса, кальцийдің артық болуы, силикаттың нормалық толығуының төмендеуіне және кальций силикаты минералды бюджеттің өсуіне әкеледі. Сол сияқты, егер графит болса (кейбір кимберлиттерде болғандай), бұл артық С шығарады, сондықтан есептеуді артық карбонатқа қарай бұрауға болады. Табиғатта элементтік С-тың артық болуы оттегідің ұшқыштығын азайтады және Fe2+/Fe3+ қатынастарын өзгертеді. Галоидтар. Кейбір галоидтар мен металл емес элементтердің балқыған күйінде болуы нәтижесінде пайда болған химиялық реакцияны өзгертеді. Мысалы, бор турмалинді құрайды; артық хлор фельдспаттың орнына скаполит құрауы мүмкін. Бұл, әдетте, сирек кездеседі, кейбір А типті граниттер мен туысқан жыныстардан басқа. Минералды тепе-теңдіктің бұзылуы. Құралған тау жыныстарына ұқсас, тау жынысында ертеректе ерігеннен мұрагерлік алған бөгде минералдар болуы мүмкін, тіпті ксенолиттер немесе реститтер болуы мүмкін. Мысалы, магмалық брекция бойынша нормативті минералогияны есептеу дұрыс емес. Осы себепті CIPW нормасын кимберлиттер, лампроиттер, лампрофирлер және кейбір кремнийлі тотықты магмалық жыныстарда қолдану ұсынылмайды. Карбонатит жағдайында карбонатты көп қорытылған балқымаға CIPW нормасын қолдану орынсыз. CIPW нормасын метаморфозалық магмалық жыныстарға қолдануға болады. Әдістің жарамдылығы кез-келген магмалық тау жыныстары сияқты метаморфозацияланған магмалық тау жыныстары үшін де дұрыс, және бұл жағдайда ол протолиттік минералогияның қалдықтары қалмауы мүмкін тау жынысынан болжамды минералогияны алу үшін пайдалы.
Cumulate rocks. While a normative mineral calculation isn't necessarily improper for use on cumulate rocks, the information gleaned is of doubtful value because a cumulate rock does not represent the melt from which it was extracted. However, if the groundmass of a cumulate can be analysed, it is valid to use a normative calculation to gain information about the parental melt. Oxidation state. Because the normative calculation divides Fe between oxide phases and availability for silicate phases, based on estimates of the ratio of Fe2+/Fe3+, miscalculating the ratio for the rock in question may produce erroneous amounts of magnetite or hematite, or alter the silicate mineralogy. If the Fe2+/Fe3+ ratio is known for the sample, the resulting calculation should match the observed mineralogy more closely. Pressure and temperature. Because the CIPW Norm is based on anhydrous melts and crystallisation at fairly low pressures, the resultant normative mineralogy does not reflect observed mineralogy for all rock types, especially those formed within the mantle. The normative mineralogy is not entirely accurate at reflecting the mineralogy of rocks formed at high pressures where, for instance, phlogopite may substitute for amphibole, amphibole for olivine and so forth. Altered normative calculations have been developed that more correctly reflect the particular pressure regimes of the deep crust and mantle. Carbon dioxide. The influence of CO2 on most silicate melts is fairly minor but in some cases, especially carbonatite, but also certain lamprophyre type rocks, kimberlite and lamproite, the presence of carbon dioxide and calcite in the melt or accessory phases derives erroneous normative mineralogy. This is because if carbon is not analyzed, there is excess calcium, causing normative silica undersaturation, and increasing the calcium silicate mineral budget. Similarly, if graphite is present (as is the case with some kimberlites) this can produce excess C, and hence skew the calculation toward excess carbonate. Excess elemental C also, in nature, results in reduced oxygen fugacity and alters Fe2+/Fe3+ ratios. Halides. The presence of some halides and non metallic elements in the melt alter the resulting chemistry. For instance, boron forms tourmaline; excess chlorine may form scapolite instead of feldspar. This is generally rare, except in some A type granites and related rocks. Mineral disequilibrium. Similar to cumulate rocks, a rock may contain extraneous minerals inherited from earlier melts, or may even contain xenoliths or restite. It is improper to calculate normative mineralogy on an igneous breccia, for instance. For this reason it is not advised to utilise a CIPW norm on kimberlites, lamproites, lamprophyres and some silica undersaturated igneous rocks. In the case of carbonatite, it is improper to use a CIPW norm upon a melt rich in carbonate. It is possible to apply the CIPW norm to metamorphosed igneous rocks. The validity of the method holds as true for metamorphosed igneous rocks as any igneous rock, and in this case it is useful in deriving an assumed mineralogy from a rock that may have no remnant protolith mineralogy remaining.